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2021-02-26El sistema de transferencia de datos conecta los chips de silicio con un cable del ancho de un cabello

MIT |El avance podría mejorar la eficiencia energética de los centros de datos y aligerar la carga de los vehículos ricos en electrónica.

Los investigadores han desarrollado un sistema de transferencia de datos que puede transmitir información 10 veces más rápido que un USB. El nuevo enlace combina chips de silicio de alta frecuencia con un cable de polímero tan fino como un cabello. El sistema podría aumentar la eficiencia energética de los centros de datos y aligerar la carga de las naves espaciales con muchos componentes electrónicos.

La investigación se presentó en la Conferencia Internacional de Circuitos de Estado Sólido del IEEE de este mes. El autor principal es Jack Holloway ´03, MNG 04´, que completó su doctorado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación (EECS) del MIT el pasado otoño y actualmente trabaja para Raytheon. Entre los coautores se encuentran Ruonan Han, profesor asociado y asesor del doctorado de Holloway en EECS, y Georgios Dogiamis, investigador senior de Intel.

La necesidad de un intercambio rápido de datos es evidente, sobre todo en la era del trabajo a distancia. "Hay una explosión en la cantidad de información que se comparte entre los chips de los ordenadores: la computación en la nube, Internet, los grandes datos. Y gran parte de esto ocurre a través del cable de cobre convencional", dice Holloway. Pero los cables de cobre, como los que se encuentran en los cables USB o HDMI, consumen mucha energía, especialmente cuando se trata de grandes cargas de datos. "Hay un compromiso fundamental entre la cantidad de energía quemada y la velocidad de intercambio de información". A pesar de la creciente demanda de transmisión rápida de datos (más de 100 gigabits por segundo) a través de conductos de más de un metro, Holloway afirma que la solución típica han sido los cables de cobre "cada vez más voluminosos y costosos".

Una alternativa al cable de cobre es la fibra óptica, aunque tiene sus propios problemas. Mientras que los cables de cobre utilizan señales eléctricas, la fibra óptica utiliza fotones. Esto permite a la fibra óptica transmitir datos rápidamente y con poca disipación de energía. Pero los chips de silicio de los ordenadores no suelen funcionar bien con los fotones, lo que hace que las interconexiones entre los cables de fibra óptica y los ordenadores sean un reto. "Actualmente no hay forma de generar, amplificar o detectar fotones de forma eficiente en el silicio", dice Holloway. "Hay todo tipo de esquemas de integración caros y complejos, pero desde el punto de vista económico, no es una gran solución". Así que los investigadores desarrollaron el suyo propio.

El nuevo enlace del equipo aprovecha las ventajas de los conductos de cobre y de fibra óptica, pero elimina sus inconvenientes. "Es un gran ejemplo de solución complementaria", dice Dogiamis. Su conducto está hecho de polímero plástico, por lo que es más ligero y potencialmente más barato de fabricar que los cables de cobre tradicionales. Pero cuando el enlace de polímero funciona con señales electromagnéticas de sub-terahercios, es mucho más eficiente energéticamente que el cobre a la hora de transmitir una gran carga de datos. La eficiencia del nuevo enlace rivaliza con la de la fibra óptica, pero tiene una ventaja clave: "Es compatible directamente con los chips de silicio, sin necesidad de una fabricación especial", dice Holloway.

El equipo diseñó esos chips de bajo coste para acoplarlos al conducto de polímero. Normalmente, los chips de silicio tienen dificultades para funcionar a frecuencias inferiores a los terahercios. Sin embargo, los nuevos chips del equipo generan esas señales de alta frecuencia con suficiente potencia para transmitir datos directamente al conducto. Esta conexión limpia entre los chips de silicio y el conducto permite fabricar todo el sistema con métodos estándar y económicos, afirman los investigadores.

El nuevo enlace también supera al cobre en términos de tamaño. "El área de la sección transversal de nuestro cable es de 0,4 milímetros por un cuarto de milímetro", dice Han. "Por tanto, es súper diminuto, como un mechón de pelo". A pesar de su reducido tamaño, puede transportar una gran cantidad de datos, ya que envía señales a través de tres canales paralelos diferentes, separados por frecuencia. El ancho de banda total del enlace es de 105 gigabits por segundo, casi un orden de magnitud más rápido que un cable USB de cobre. Dogiamis dice que el cable podría "resolver los problemas de ancho de banda a medida que vemos esta megatendencia hacia más y más datos".

En futuros trabajos, Han espera hacer que los conductos de polímero sean aún más rápidos agrupándolos. "Entonces la velocidad de datos se disparará", dice. "Podría ser de un terabit por segundo, aún a bajo coste".

Los investigadores sugieren que las aplicaciones con gran densidad de datos, como las granjas de servidores, podrían ser las primeras en adoptar los nuevos enlaces, ya que podrían reducir drásticamente la elevada demanda de energía de los centros de datos. El enlace también podría ser una solución clave para las industrias aeroespacial y automovilística, que dan prioridad a los dispositivos pequeños y ligeros. Y un día, el enlace podría sustituir a los cables electrónicos de consumo en hogares y oficinas, gracias a la sencillez y velocidad del enlace. "Es mucho menos costoso que los enfoques [de cobre o fibra óptica], con un ancho de banda significativamente mayor y menores pérdidas que las soluciones de cobre convencionales", dice Holloway. "Así que, choca esos cinco por todos lados".

Esta investigación ha sido financiada, en parte, por Intel, Raytheon, el Laboratorio de Investigación Naval y la Oficina de Investigación Naval.

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